離子摻雜及燒結氣氛對A2Zr2O7陶瓷組織及電性能的影響.pdf

1、本文采用高溫固相反應法在真空或空氣氣氛制備出((Nd0.7Yb0.3)1–xSmx)2Zr2O7、((Sm0.5Gd0.5)1–xYbx)2Zr2O7、((Sm0.5Gd0.5)1–xSrx)2Zr2O7–δ、((Sm0.5Gd0.5)1–xCax)2Zr2O7–δ和SmGd(Zr1–xNbx)2O7+δ五個體系的稀土鋯酸鹽陶瓷。采用X射線衍射、激光拉曼光譜、掃描電鏡和交流阻抗譜等分析測試方法對不同稀土鋯酸鹽陶瓷的組織結構、不同溫度下的

2、電學性能及熱膨脹性能進行了研究。
　　對不同離子摻雜及不同燒結氣氛制備A2Zr2O7陶瓷的氧空位濃度進行了計算。發(fā)現(xiàn)摻雜 A2Zr2O7陶瓷的氧空位濃度隨氧分壓的增加呈現(xiàn)下降的趨勢。在A位+2價元素摻雜時，由于其發(fā)生了缺陷反應，可得到高的氧空位濃度，而在Zr位摻雜+5價離子的材料不適合在低氧分壓下燒結制備。
　　稀土鋯酸鹽的結構主要取決于A位和Zr位的離子半徑比值。SmGdZr2O7陶瓷為有序的燒綠石結構，對其進行Yb摻雜后

3、固溶體的有序度逐漸降低，當Yb含量達到15mol.％時轉變?yōu)槿毕菪臀炇Y構；而對 SmGdZr2O7陶瓷進行 Sr、Ca、Nb摻雜后仍然得到燒綠石結構，但Sr和Ca離子在SmGdZr2O7中的固溶度并不高，更趨向于形成鈣鈦礦結構的SrZrO3和CaZrO3。Sr和Ca離子摻雜可起到助燒作用，促進了致密化過程。真空燒結((Sm0.5Gd0.5)1–xYbx)2Zr2O7的晶體結構與空氣氣氛下燒結陶瓷相同。真空燒結((Nd0.7Yb0.3)

4、1–xSmx)2Zr2O7陶瓷為有序燒綠石相。
　　稀土鋯酸鹽陶瓷由無序度的提高所導致的可移動氧空位濃度的升高和氧離子遷移阻力的增大都會影響電導率，這兩者相互矛盾，通常有一種因素占主導作用。((Sm0.5Gd0.5)1–xYbx)2Zr2O7材料結構逐漸向缺陷型螢石結構轉變。x=0.05時電導率最高，此時依然為有序燒綠石相，部分有序結構有利于提高電導率。((Sm0.5Gd0.5)1–xCax)2Zr2O7–δ體系中，Ca離子摻雜含

5、量為2.5mol.%時總電導率在該體系中最高。對于SmGd(Zr1–xNbx)2O7+δ材料體系，雖然通過計算可知材料中的氧空位減少，但引入了質子電導，對提高電導率有利，摻Nb含量5mol.%時1173K下的電導率最高，為1.41×10–2S·cm–1。真空燒結((Sm0.5Gd0.5)1–xYbx)2Zr2O7和((Nd0.7Yb0.3)1–xSmx)2Zr2O7陶瓷，氧空位濃度增加，電導率均有升高。對電導率較高的((Nd0.7Yb0